硅半导体表面杂质清洗的化学知识简介x

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1、第三章硅半导体表面杂质清洗的化学知识简介海棠2016.3.19《半导体工艺化学》天津科学技术出版社,1983《半导体制造工艺》张渊,机械工业出版社对硅片表面清洗的化学知识做了简要介绍，请读者在学习和应用时，进一步查阅相关书籍，核对相关数据和知识。目录1纯水简介1.1纯水的概念1.2水电阻率的影响因素2离子交换法制备纯水2.1离子交换树脂2.2离子交换法的装置2.3离子交换法的原理2.4离子交换法的其它知识2.5电渗析法和反渗透法简介3硅表面杂质类型和清洗步骤3.1硅表面沾污的杂质类型3.2RCA清洗法4有机杂质的去除4.1有机溶剂溶除4.2碱和肥皂去油污4.

2、3合成洗涤剂去油污5无机杂质的去除5.1无机酸5.2氧化剂5.3络合剂6清洗中的安全问题7铜布线层CMP后的清洗简介（微所在研项目）8清洗新研究的查阅1纯水简介1.1纯水的概念为什么使用超纯水？自来水、蒸馏水中含有很多杂质。使用这种水去清洗硅片、材料和器皿，会在清洗时把表面沾污。什么是超纯水？纯水，又叫去离子水。25℃电阻率大于5MΩ·cm（5兆欧·厘米=5x108Ω·cm），超纯水，25℃电阻率大于18MΩ·cm1.2水电阻率的影响因素水越纯，杂质离子浓度越小，电阻率越大，可用电导仪测水的电阻率，空气：空气中的二氧化碳、其它可溶气体、灰尘等可溶于水中，使电

3、阻率降低，温度：温度升高，水中杂质溶解度加大，杂质离子运动速度加快，水的电离度增大，电阻率降低，容器：塑料、有机玻璃、石英玻璃等在纯水中溶解性较小，贮存高纯水一般用塑料容器。一般玻璃、金属等在纯水中具有一定可溶性。放置一段时间后，有微量的玻璃（硅酸盐）或金属、金属化合物溶解，使电阻率降低。2离子交换法制备纯水工业中制备超纯水的主要方法有三种：离子交换法，电渗析法，反渗透法。下面主要介绍离子交换法。2.1离子交换树脂离子交换树脂是一种含有活性基团而能进行离子交换的树脂。不溶于水、化学稳定性高、具有一定机械强度、呈球状颗粒的固体。交换阳离子的，称为阳离子交换树脂

4、，简称阳树脂。交换阴离子的称为阴树脂。一般用强酸型阳离子交换树脂，聚苯乙烯磺酸型离子交换树脂R-SO3H。它具有较大的交换容量，对酸碱溶剂和氧化剂都比较稳定，耐磨，耐热性可达111℃以上。一般用强碱型阴离子交换树脂，聚苯乙烯季胺型阴离子交换树脂M-N+(CH3)3OH。它的交换容量约为聚苯乙烯磺酸型阳离子交换容量的1/2，物理、化学性能也很稳定，如对酸、碱、氧化剂以及有机溶剂都较稳定。热稳定性也较好，Cl型树脂在150℃以下稳定，OH型树脂须在50℃以下使用，否则容易分解。2.2离子交换法的装置离子交换法多用：复床—混合床装置，复床是阳、阴离子交换柱串联，混

5、合床是将阳、阴离子交换树脂按1:2比例混和在一个交换柱内，（因为所选阳树脂的交换容量约为阴树脂的2倍，混合后成中性混合床的阳树脂要比阴树脂的比重大些，混合后易分层）2.3离子交换法的原理阳离子交换树脂R’-SO3H中的氢离子H+与杂质阳离子进行交换，从阳离子交换柱流出的酸性水进入阴离子交换柱，阴离子交换树脂中的氢氧根离子OH-与杂质阴离子进行交换，氢氧根离子OH-与氢离子H+结合成水。使用过的树脂，可进行再生处理。失效的阳树脂，如Na型阳树脂，可用一定量5~8%盐酸进行再生处理。失效的阴树脂，如Cl型阴树脂，可用一定量4~6％氢氧化钠溶液进行再生处理，2.4

6、离子交换法的其它知识如果是自来水进入阴离子交换柱，柱中碱性溶液与自来水中钙、镁离子反应产生沉淀附在树脂表面，使交换容量降低：实际离子交换法还有紫外线照射、活性炭过滤等步骤。2.5电渗析法和反渗透法简介电渗析法是把离子交换树脂做成膜片状，再嵌接上交换基团，加上外电场。阳膜只允许通过阳离子，阴膜只允许通过阴离子，使无机杂质离子和水分离。反渗透法反渗透与扩散相反，假如有两份含盐等杂质的溶液，用一种半透膜分隔开，较浓的溶液易渗透到较淡的溶液中去，使两边溶液浓度接近，反渗透法就是在淡溶液的一边加压，使渗透方向反过来，把淡溶液的杂质压到浓溶液那边去，其脱盐率一般大于98

7、%，被广泛用于工业纯水及电子超纯水制备。3硅表面杂质类型和清洗步骤3.1硅表面沾污的杂质类型硅片表面沾污的杂质大致可分为4类：(1)颗粒，如光刻胶，(2)有机物，如油脂、松香、石蜡等，(3)金属，(4)要去除的氧化层。3.2RCA清洗法清洗分为湿法清洗和干法清洗，湿法清洗有RCA清洗，稀释RCA清洗，IMEC清洗，单晶圆清洗等。RCA清洗工艺是工业中标准的湿法清洗工艺。典型的硅片湿法清洗流程，RCA清洗RCA清洗流程先去除有机杂质，再用1号碱性H2O2和2号酸性H2O2进一步去除有机和无机杂质等，每一步都用氢氟酸去SiO2氧化层，并用高纯水冲洗。最后进行干燥

8、先去除有机杂质，因为它们有疏水性，把硅表面与水隔离开